Warum bauen wir größere landgestützte Teleskope, anstatt größere ins All zu schleudern?

Diese Frage ist eine Fortsetzung von Sind größere Teleskope gleichbedeutend mit besseren Ergebnissen?

Wie viel größer muss ein bodengestützter Spiegel sein, um mit einem weltraumgestützten Spiegel mithalten zu können? Ich frage in erster Linie nach sichtbarem Licht, aber ich interessiere mich auch allgemein dafür.

Ich schätze vor Ort sind Sie vor Mikrometeoriten sicher, es wird also wahrscheinlich länger dauern. Wann wird es billiger, ein Teleskop auf dem Mond zu bauen oder so?

Es ist billiger.

(1) Mit adaptiver Optik können Sie am Boden eine Auflösung von 0,1 Bogensekunden erzielen (zwar nur auf einem Berggipfel mit besonders guter Luftströmung, aber immer noch!). Dadurch entfällt einer der größten Vorteile des Platzbedarfs, bis Sie einen Spiegeldurchmesser von mehreren Metern erreichen.

(2) Raketenverkleidungen sind die Verkleidungen, die die Nutzlast während der beim Start erreichten Überschallgeschwindigkeit schützen. Eine 5-Meter-Verkleidung ist ungefähr die größte, die geflogen werden kann, was die Größe der einteiligen Spiegel begrenzt, die gestartet werden können. (Der Spiegel des gefürchteten Webb-Teleskops besteht aus Teilen, die sich im Weltraum zusammensetzen - ein sehr beängstigendes und sehr teures Stück Design.)

(3) Die Wartung eines Teleskops auf Mauna Kea oder in den hohen chilenischen Anden ist schwierig und teuer. Wenn Sie ein Teleskop in der Umlaufbahn warten, sieht das aus wie ein Kleingeld. (Die Kosten sind vergleichbar mit den Kosten für den Bau eines neuen riesigen Oszilloskops auf der Erde.) Die Wartung im Orbit kann mit der aktuellen Technologie nur im erdnahen Orbit durchgeführt werden.

(4) Während hohe Auflösung eine Grenze in der Astronomie ist, ist es eine andere, tief zu gehen, und tief zu gehen, erfordert große Spiegel. Ein 30-Meter-Spiegel auf der Erde sammelt viel mehr Licht als ein 5-Meter-Spiegel im Weltraum. Die riesigen terrestrischen Teleskope sind einfach bessere Lichtquellen für die Spektroskopie als alles, was wir bisher in den Weltraum bringen können.

Das Fazit ist, dass mit der Entwicklung der adaptiven Optik weltraumgestützte Teleskope von derzeit baubarer und startfähiger Größe ihren Hauptvorteil gegenüber bodengestützten Teleskopen verloren haben. Und da sie 10x bis 100x so teuer sind, lohnt es sich einfach nicht, sie für viele Zwecke zu bauen.

Weltraumteleskope haben in Teilen des von der Atmosphäre blockierten Spektrums wie UV und IR (Webb) und für bestimmte Aufgaben, bei denen es um Langzeitphotometrie mit hoher Genauigkeit (Kepler) und Astrometrie (Gaia) geht, immer noch einen erheblichen Vorsprung. Aber für den allgemeinen Gebrauch scheint die Waage für große Teleskope fest auf der Bodenseite zu liegen.

Dies wird sich ändern, wenn der Weltraumflug billiger wird - der SpaceX BFR zum Beispiel bietet mit seiner 9-Meter-Verkleidung und den drastisch niedrigeren Startkosten große Hoffnung für Weltraumteleskope.

Neben Marks toller Antwort ...

Warum bauen wir größere landgestützte Teleskope, anstatt größere ins All zu schleudern?

Wenn Sie Geld für zwei Häuser, eines in der Nähe der Arbeit und ein „Sommerhaus“ im Wald hätten, wie würden Sie Ihr Budget aufteilen?

Diese Frage ist eine Fortsetzung von Sind größere Teleskope gleichbedeutend mit besseren Ergebnissen?

Ja, und ich bin kein Fan dieser Antworten, vielleicht ist @MarkOlson auch nicht beeindruckt.

Bei diesen Antworten fehlt die adaptive Optik (sie wird als teuer und nicht besonders effektiv eingestuft) und die Möglichkeit, mit Ausnahme der Größe des Gebäudes und des Hauptspiegels alles problemlos zu aktualisieren.

Wie viel größer muss ein bodengestützter Spiegel sein, um mit einem weltraumgestützten Spiegel mithalten zu können? Ich frage in erster Linie nach sichtbarem Licht, aber ich interessiere mich auch allgemein dafür.

Es ist nicht so sehr "wie viel größer", sondern "effektiv Ihre Idee vermarkten, so viel Geld wie möglich sichern und das größte Gebäude mit dem größtmöglichen Hauptspiegel bauen". Grabe tief und baue, was du kannst, und erweitere nicht so groß wie du kannst - Sensoren und Supercomputer können den Rest reparieren.

Ich schätze vor Ort sind Sie vor Mikrometeoriten sicher, es wird also wahrscheinlich länger dauern. Wann wird es billiger, ein Teleskop auf dem Mond zu bauen oder so?

Boden- und Weltraumteleskope sind nützlich, Mondteleskope weniger.

Wenn wir "The Acme Telescope Company" ihren ersten Laden auf dem Mond eröffnen, wird der Kaufpreis fallen, bis dahin werden erd- und weltraumgestützte Produkte billiger sein. Mit dem weltraumgestützten System können Sie sich auf halbem Weg für Reparaturen treffen. Auf dem Boden (sogar auf dem Gipfel eines Berges) befindet sich oft eine Reparaturwerkstatt in der Nähe.

In Paranal befindet sich das Spiegelwartungsgebäude auf dem Berggipfel in der Nähe der Spiegel.

Der Scientific America-Artikel: Ist das James Webb-Weltraumteleskop "zu groß, um zu versagen?" erklärt:

„Angenommen, wir schaffen es bis zur Injektionsstrecke zur Erde-Sonne L2. Das nächste Risiko besteht natürlich darin, das Teleskop einzusetzen. Und im Gegensatz zu Hubble können wir es nicht reparieren. Nicht einmal ein Roboter kann rausgehen und es reparieren. Wir gehen also ein großes Risiko ein, aber eine große Belohnung “, sagt Grunsfeld.

Es werden jedoch bescheidene Anstrengungen unternommen, um JWST wie Hubble "wartungsfähig" zu machen.Laut Scott Willoughby, JWST-Programmmanager bei Northrop Grumman Aerospace Systems in Redondo Beach, Kalifornien. Das Luft- und Raumfahrtunternehmen ist der Hauptauftragnehmer der NASA für die Entwicklung und Integration von JWST und wurde mit der Bereitstellung eines "Launch-Vehicle-Interface-Rings" am Teleskop beauftragt, der "von etwas erfasst" werden könnte, sei es ein Astronaut oder ein ferngesteuerter Roboter, sagt Willoughby. Wenn ein Raumfahrzeug zum Andocken an JWST an L2 gesendet wird, kann es versuchen, Reparaturen durchzuführen, oder, wenn das Observatorium gut funktioniert, einfach den Kraftstofftank auffüllen, um die Lebensdauer zu verlängern. Gegenwärtig ist jedoch kein Geld für solche Heldentaten vorgesehen. Für den Fall, dass JWST unter einem schlechten Tag leidet, den die Raumfahrer zu Unrecht als "schlechten Tag" bezeichnen, sei es aufgrund eines Raketenunfalls, eines Pannenfalls oder etwas Unvorhergesehenem, sagt Grunsfeld, dass es derzeit ein Ensemble von Observatorien im Weltraum gibt.

Launch Vehicle Interface Ring (LVIR) Schmiedeteile (2) geliefert

Zitat aus der Website von " James Webb Space Telescope " (JWST):

Der fertige Primärspiegel wird mehr als das 2,5-fache des Durchmessers des Primärspiegels des Hubble-Weltraumteleskops sein, der 2,4 Meter Durchmesser hat, aber ungefähr halb so schwer sein wird.

Das James Webb-Weltraumteleskop sammelt Licht ungefähr 9-mal schneller als das Hubble-Weltraumteleskop, wenn man die Details der relativen Spiegelgrößen, -formen und -merkmale in jedem Design berücksichtigt ", sagte Eric Smith, JWST-Programmwissenschaftler am NASA-Hauptsitz. Durch die erhöhte Empfindlichkeit können die Wissenschaftler zurückblicken, wann sich die ersten Galaxien kurz nach dem Urknall gebildet haben, und das größere Teleskop wird Vorteile für alle Aspekte der Astronomie haben und die Untersuchung der Entstehung und Entwicklung von Sternen und Planetensystemen revolutionieren.

Siehe auch: " Webb vs Hubble Telescope ":

... weiter entfernte Objekte sind stärker rotverschoben und ihr Licht wird vom UV-Licht und vom optischen Licht in das nahe Infrarot gestrahlt. Daher erfordert die Beobachtung dieser entfernten Objekte (wie zum Beispiel der ersten im Universum gebildeten Galaxien) ein Infrarot-Teleskop.

Dies ist der andere Grund, warum Webb kein Ersatz für Hubble ist, weil seine Funktionen nicht identisch sind. Webb wird sich hauptsächlich mit dem Universum im Infrarot befassen, während Hubble es hauptsächlich mit optischen und ultravioletten Wellenlängen untersucht (obwohl es einige Infrarotfähigkeiten aufweist). Webb hat auch einen viel größeren Spiegel als Hubble. Diese größere Lichtsammelfläche bedeutet, dass Webb weiter in die Zeit zurückblicken kann als Hubble dies vermag. Hubble befindet sich in einer sehr engen Umlaufbahn um die Erde, während Webb am zweiten Punkt von Lagrange (L2) 1,5 Millionen Kilometer (km) entfernt sein wird.

...

Wie weit wird Webb sehen?

Aufgrund der Zeit, die Licht benötigt, um sich fortzubewegen, ist ein Objekt umso weiter entfernt, je weiter wir in der Zeit zurückschauen.

Diese Abbildung vergleicht verschiedene Teleskope und wie weit sie zurück sehen können. Im Wesentlichen kann Hubble [HST] das Äquivalent von "Kleinkindgalaxien" sehen, und Webb Telescope [JWST] kann "Babygalaxien" sehen. Ein Grund, warum Webb die ersten Galaxien sehen kann, ist, dass es sich um ein Infrarot-Teleskop handelt. Das Universum (und damit die Galaxien darin) dehnt sich aus. Wenn wir über die entferntesten Objekte sprechen, kommt Einsteins General Relativ tatsächlich ins Spiel. Es sagt uns, dass die Expansion des Universums bedeutet, dass es der Raum zwischen Objekten ist, der sich tatsächlich ausdehnt und dazu führt, dass sich Objekte (Galaxien) voneinander entfernen. Darüber hinaus wird sich jedes Licht in diesem Raum strecken und die Wellenlänge des Lichts zu längeren Wellenlängen verschieben. Dies kann entfernte Objekte bei sichtbaren Wellenlängen des Lichts sehr dunkel (oder unsichtbar) machen. weil dieses Licht uns als Infrarotlicht erreicht. Infrarot-Teleskope wie Webb sind ideal für die Beobachtung dieser frühen Galaxien.

Derzeit werden Aktualisierungen für adaptive optische Techniken durchgeführt. Siehe: " Schnelle kohärente differentielle Bildgebung auf bodengebundenen Teleskopen mit der selbstkohärenten Kamera " (7. Juni 2018) von Benjamin L. Gerard, Christian Marois und Raphaël Galicher:

"Wir entwickeln das Framework für eine solche Methode, die auf der selbstkohärenten Kamera (SCC) basiert, die auf bodengestützte Teleskope angewendet werden soll, die so genannte Fast Atmospheric SCC Technique (FAST). Wir zeigen dies unter Verwendung eines speziell entworfenen Koronagraphen und einer kohärenten Kamera Der Differential-Imaging-Algorithmus, der alle paar Millisekunden Bilder aufzeichnet, ermöglicht die Subtraktion von atmosphärischen und statischen Flecken bei gleichbleibendem algorithmischen Exoplanetendurchsatz.Detaillierte Simulationen erreichen nach 30 Sekunden einen Kontrast nahe der Grenze des Photonenrauschens für einen 1% -Bandpass im H-Band Dies ist für den Fall der 5. Magnitude etwa 110-mal besser als für ExAO-Instrumente, wenn wir für eine Stunde Beobachtungszeit extrapolierenDies zeigt, dass die Empfindlichkeitsverbesserung durch diese Methode eine wesentliche Rolle bei der künftigen Erkennung und Charakterisierung von Exoplaneten mit geringerer Masse spielen könnte. "

Kurz gesagt, manchmal können sie die Atmosphäre vollständig entfernen. Verbesserungen kommen.

ESO 4LGSF - Laser Guide Stars Facility - Mit vier Lasern werden Leitsterne für die AO erstellt.

Beantwortung Ihrer Unterfrage über das Bauen auf dem Mond: Dies unterliegt den gleichen Startkosten und Einschränkungen wie ein weltraumgestütztes Zielfernrohr. Außerdem müssen Sie sich mit der Landung und dem Durchhängen der Gravitation befassen. Das erste, was Sie brauchen, ist eine funktionierende Mondbasis, die alle Komponenten aus lokalen Rohstoffen herstellen kann. Sobald dies erledigt ist (großes Lachen hier einfügen), benötigen Sie weiterhin eine adaptive Optik (wie auch Multielement-Oszilloskope wie JWebb) für Ausrichtungs- und Gravitations-Durchhang-Offsets. Da diese jedoch statisch sind, benötigen Sie keine Hochfrequenz Reaktion auf der Erde erforderlich, um mit atmosphärischen Aberrationen umzugehen. Sie wollen auf der "dunklen Seite" bauen, damit das terranische Licht nicht alles verdirbt.

Antworte auf Teleskope auf dem Mond. Auf der Oberfläche des Mondes zu sein, schafft Probleme im Vergleich dazu, weit weg von jedem Planeten / Mond frei im Weltraum zu schweben. Die Schwerkraft verzerrt Spiegel / Mechanik, erfordert zusätzliche Technik, um das Gewicht zu tragen. Der halbe Himmel ist jederzeit vom Mond blockiert.

Die andere Seite des Mondes wäre der beste Ort, um niederfrequente Funkbeobachtungen durchzuführen. Der Mond blockiert alle Emissionen der Erde.